基础燃料(PRF)化学反应动力学简化机理及激波管测量试验研究

摘要

为了降低内燃机排放，提高内燃机燃烧效率，需要对内燃机燃烧过程进行深入研究，探究新型燃烧方式，其中对燃料燃烧化学动力学机理的研究是不可或缺的。由于燃烧与化学反应过程十分复杂，对内燃机缸内燃烧过程进行三维计算分析，需要对燃料详细化学动力学机理进行一定的简化，才能与CFD软件耦合计算。本文结合直接关系图法与总包法对一个包含1034种组分及4236个基元反应的基础燃料（PRF）详细机理进行简化，最终得到包含43种组分及137个基元反应的简化机理。为了验证简化机理的有效性，本文还搭建了一台高压雾化激波管台架，测量了PRF燃料在不同燃料配比、压力、温度及当量比条件下的着火延时，并与简化机理模拟结果进行对比，根据对比结果对简化机理进行了修正。
　　研究表明，使用直接关系图法能找出机理中各组分之间的耦合关系，通过控制关系阀值迅速有效地剔除大量冗余的组分和反应，结合总包法可将规模较大的详细机理简化为规模较小的简化机理。
　　PRF燃料着火延时实验数据表明：单一变量条件下，当量比越小，着火延时越短（温度1200K以上）；温度与压力越大，着火延时越短；PRF值对着火延时没有明显影响。实验结果变化规律均满足阿伦尼乌斯定理。
　　通过New-PRF简化机理在对应实验工况下PRF燃料着火延时的模拟结果与实验结果的对比发现，由于简化机理采用了总包的方法，使整个系统反应路径缩短，反应速率加快，因此模拟的着火延时比实验结果短。对简化机理中的总包反应进行反应速率系数的修正后，得到的简化机理能更好地预测PRF燃料着火延时与部分组分浓度变化，表明最终得到的New-PRF简化机理有一定的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1.研究背景

1.2.碳氢燃料化学动力学机理

1.3.测量着火延时的装置

1.4.国内外研究现状

1.5.本文主要研究目的及内容

2 碳氢燃料化学动力学机理简化

2.1.碳氢燃料氧化基础

2.2. 碳氢燃料详细化学动力学机理的简化方法

2.3. PRF简化机理的构建

2.4.本章小结

3 激波管实验原理

3.1.引言

3.2.激波管实验原理

3.3.缝合接触面条件

3.4.激波管实验参数计算

4 高压雾化激波管台架及测试试验

4.1.引言

4.2.雾化激波管的搭建

4.3.雾化激波管的实验步骤

4.4.雾化激波管的测试试验

4.5.本章小结

5 PRF燃料的着火延时测量及机理修正

5.1.PRF燃料着火延时的测量结果

5.2.简化机理的修正

5.3.本章小结

6 全文总结及展望

6.1.本文主要结论

6.2.后续研究工作的建议及展望

附录 攻读硕士期间发表的论文

致谢

参考文献